IoT何をいまさら(51) USB電力メーターで充電の様子を観察

JosephHalfmoon
JosephHalfmoon

このところ、M5Stack内蔵のバッテリ(機種 Grey、容量150mAh)の「放電」に注目して観察してきましたが、「放電」ばかりじゃまずい「充電」も見ておきたいと思いました。内部の端子に電流計つなげるのもメンドイ(いつものことですが)しと躊躇しておったところ、これまたお手軽ツールを手に入れました。USB電力メーターという一品。

まずは、このツールで測定してみた「ほぼほぼ放電」状態のM5Stack GreyをUSB3ポートに接続して得られた充電電流容量(mAh)のグラフを御覧いただきましょう。充電といいつつ、M5Stackも動作しつづけている(LCDパネルなどもON)状態なので、全てがバッテリに行っているわけではないであろうこと、ご承知おきくだされ。(素のデータのグラフ。後に書いたようにデバイスによって換算必要かも

充電開始、約20分少々で、ほぼほぼグラフが平になってきています。もう少し流し続ければいいんでないかい。M5Stackは満タン状態にあることを報告してきました。ここで測定を打ち切ったのは手間を惜しんだためではなく、流し込む電流が0mA表示となり、この電力メーター内蔵のタイマが停止してしまったからであります。

電流流れないと内蔵のタイマは止まるのね。。。

しかし、公称150mAhに対して、メーターは70mAhを示しています。

  • バッテリの容量と装置が使える容量はまた別(動作可能電圧は装置次第)
  • メーターの精度の問題
  • 連日の酷使によりM5Stack様のバッテリ疲弊しておる

などの理由が頭をかすめましたが、ちょっと考えてみると、上記もあることにはあるでしょうが、また別な問題があることに気付きました。それはまた後で。

さて、この「USB電力メーター」ですが、SWITCH SCIENCE社から購入させてもらった下の写真のものであります。

 

USBメモリ買える程度のお値段、とだけ申し上げておきましょう。見た目のとこり、INと書いてある側をPCなどのUSBソケットに挿入して使います。OUTという側にUSBケーブルを接続し、電流を流し込む対象のM5Stackなどのデバイスを接続することになります。

  • IN側の電圧、電流がリアルタイムで表示される
  • OUT側に電流が流れると、時間表示が動き出す。
  • その時のW(リアルタイム)、Wh、mAh(積算)が表示される

というものです。論より証拠、動作中の様子を御覧じろ。

計算すれば分かりますが、

2.593[W] ≒ 4.80[V] * 0.54 [A]

でWは、単に測定した電圧と電流を掛けているだけ、とみました。するとWhと言っているのは、毎秒測っているWを積算し、1hあたりに換算しているのではないかと想像できます。試しにこの時点の2.593Wを1hあたりに換算すれば0.052Whくらい。電流を流しだした当初は、この時点より、電流大であったので、この時点までで0.058Whというのはうなずける値です。

すると、このWhを電圧で割ってmAhにしているんじゃあるまいか?と思われてきました。

0.058[Wh] / 4.80[V] ≒ 0.012 [mAh]

きっとそうだわ。70mAhというのは、5Vの電源電圧にて、という表示なんであって、M5Stackは内部3.3V電源だから、実は106mAhくらいに換算するべきじゃあるまいか。。。と思われます。

以下に、生の測定値であろう、電圧(左Y軸目盛りV、青)と電流(右Y軸目盛りA、オレンジ)をグラフにしたものを掲げておきます。

測定精度に関する記述は一切なく、また、表示値をそのまま鵜呑みにするのはどうかと思われますが、USBケーブルの根本に噛ませるだけで電力測れるのはなかなか便利。勿論、

USB電力メーターを装着した状態でUSBとしての通信OK

です。M5Stackへのプログラム書き込みは何度かやっていますが、問題ありませんでした。また、ちょっと便利な機能として、

小さなスイッチで取得したデータ「グループ」を記憶可能

でありました。RESETと書いたところに小さなボタンがあり、短く押すと「切り替え」、3秒長押しで「記録消去」ができます。1から9までの「グループ」があるので、9件記憶可能。測定値終了(タイマが停止)したときの時間、Wh、mAhが記録されます。切り替えするとその時点の値が保存され、それ以降の値は切り替えた先に記録される(ただし時間は0に戻る)ので、途中区間を区間ごと記録することも可能。電源側のUSBソケットを抜くと表示は消えますが、内部に不揮発メモリを持っているらしく、USBに差せばデータ表示が復活します。

バッテリに接続されている内部の電圧や電流を測っているわけじゃない

ということに留意すれば、お手軽に、アタリをつけられるかも。

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